钻孔轨迹参数测量仪器

(一)钻孔轨迹参数测量原理

1.顶角测量原理

钻孔某点的顶角是该点钻孔轴线的切线与铅垂线夹角。测出的角度应符合两个条件:一是反映测点孔轴切线与铅垂线的夹角,二是该角在钻孔弯曲平面内。

利用地球重力场原理测量顶角。测量敏感元件可以是自由液面、机械重锤、沿环形槽或球面自由滚动的球体,或者在球形或环形液面上游动的气泡等。

2.方位角测量原理

钻孔某点的方位角是该点钻孔轴线的切线在水平面上投影与正北方向(真北)的夹角。而地球的正北方向与地球磁场北极(磁北)是不一致的,有一个磁偏角。磁偏角是随地区位置而改变的。为了获得真方位角数值,必须对罗盘测得的磁方位角进行磁偏角校正。

α=α'±λ (7-16)

式中:α为真方位角,(°);α'为磁方位角,(°);λ为磁偏角,(°),东磁偏角为正值,西磁偏角为负值。

在无磁性干扰或干扰很小的孔段中,可直接用罗盘测得磁方位角。在有磁屏蔽(如在套管内磁干扰极大或存在磁性矿体)的孔段中,因为磁针失去定向能力,所以必须在地面测定一方向,并将此已知方向用一定的方法引到孔内测点,先求出测点处的终点角,然后换算出方位角。目前主要采用陀螺惯性定向法。

(二)钻孔测斜仪器的分类

钻孔测斜仪类型繁多,根据测量原理可把测斜仪分为磁性测斜仪和陀螺测斜仪两大类,如表7-1所列。

表7-1 钻孔测斜仪分类一览表

(三)国产测斜仪及主要技术性能

随着我国钻探技术的发展,国产钻孔测斜仪的测量孔深与精度不断提高。常规测斜仪的下孔方式有:电缆式、自浮式、钢丝绳或投测式等;测量方式有:单点、多点、连续及单点、多点存储式等;钻孔顶角测量范围有:小顶角高精度、大顶角及水平孔测量等。国产中小直径地质钻探常规测斜仪及主要技术性能参数如表7-2和表7-3所列。

表7-2 部分国产磁性测斜仪主要技术性能表

(四)钻孔测斜仪选择原则

1)在磁性矿区及套管、钻杆内测斜,必须选用抗磁性干扰的仪器。

2)在非磁性矿区的常规地质钻探,尽可能选用常规的磁性测斜仪,不要盲目追求高精度仪器,以节约仪器成本及综合费用。

3)高精度垂直孔,应选择小顶角、灵敏度及分辨率高的仪器。钻孔顶角≥60°时,应选择大顶角测量仪器。

4)钻孔轨迹精度要求较高,进行导向钻进时,尽量选择随钻测量系统。

5)煤层气、天然气钻孔及煤矿井下测斜,应选用防爆型测斜仪。

6)浅孔可选单点测斜仪,200m以深应选多点测斜仪,以提高测斜效率。

7)为提高深孔的测量精度,尽量不用氢氟酸玻璃管刻痕测量方法。

8)由于深孔温度高,水压大,应选择耐温、密封性能满足孔深要求的仪器。

9)所选测斜仪探管最大外径应小于钻孔最小直径处孔内测量的安全直径。

10)用电缆(或钢丝绳)测斜时应配孔深计数器,或在电缆(钢丝绳)上设置孔深标志。

表7-3 部分国产陀螺测斜仪主要技术性能表

钻孔轨迹参数测量仪适用于煤矿井下恶劣条件下的各类钻孔检测，对钻孔进行全孔壁成像、录像，关键部位抓拍图片、局部放大等。主要用于观测断层裂隙产状及发育情况，含水层、溶沟溶洞、含水层出水口位置；观测煤层等矿体走向、厚度、倾向、倾角，层内夹矸及与顶板岩层的离层裂缝程度等；区分矿体、岩体、煤层、土层等各种地质结构体。该设备采用先进的嵌入式技术，基于Android系统进行软件开发，集钻孔图像采集与存储、视频采集与存储、钻孔轨迹测量、深度测量、图像展开与拼接等功能于一体，一次测量完成用户对钻孔全面直观的观测需求。